Hace miles de millones de años, cuando las primeras formas de vida unicelular iniciaban con la conquista de nuestro planeta, un grupo de pequeñas células se destacó sobre las demás. Los primeros organismos fotosintéticos, encabezaron la ofensiva contra la hostilidad de la Tierra, y permitió que las células aerobias y no extremófilas dominaran el mundo. El arma decisiva fue la fotosíntesis.

Así empieza el proceso

Las plantas, como todos los otros seres vivos, requieren de energía para formar sus tejidos, crecer, reproducirse y defenderse. Para obtener la valiosa energía utilizan componentes simples que pueden encontrar en su entorno para sintetizar sustancias complejas, que sirven de alimento. Esta preparación de su alimento requiere, además, de enzimas y energía de la luz del Sol. Por ello, este proceso se llama fotosíntesis.  En esta intervienen, por lo tanto, el agua y los minerales contenidos en el suelo, como el nitrato, fosfato y magnesio. Estos son absorbidos por las raíces y trasladados por toda la planta hasta sus órganos fotosintéticos, las hojas. En ellas, mediante un tipo de células especializadas en el intercambio gaseoso, llamadas estomas, ingresa el dióxido de carbono. Con todos los ingredientes listos, inicia la preparación de sus manjares.

No son precisamente las hojas las que permiten que las plantas puedan hacer la fotosíntesis (y que nosotros no), sino lo que hay dentro de ellas. Poseen un pigmento verdoso llamado clorofila, contenido en los cloroplastos, unos organelos característicos de las células vegetales. Para ser más exactos, la fotosíntesis ocurre en el interior de los cloroplastos. Estos poseen unas estructuras membranosas que apiladas unas sobre otras parecen monedas. Se llaman tilacoides y en su membrana ocurre la magia.

La luz y los pigmentos

La fotosíntesis puede verse como un proceso complejo que posee partes diferenciadas. La primera es la fase luminosa, en la que ocurren las reacciones dependientes de la luz que tienen como resultado la producción de energía química en forma de unas moléculas llamadas ATP y NADPH. Además, debes saber que es en este momento de la fotosíntesis en el que se produce el oxígeno gaseoso que respiramos, tú, yo, tu gato y todos los demás animales. La segunda fase se denomina fase oscura, y en esta ocurre el Ciclo de Calvin, el cual toma el ATP y NADPH producidos en la fase luminosa y, además, el CO2, para producir azúcares de alto valor energético, como la glucosa y almidón, pero también lípidos y aminoácidos.

Las reacciones de la fase luminosa se producen en la membrana de los tilacoides, gracias unos sistemas captadores de luz compuestos por pigmentos accesorios (como carotenoides), clorofila y enzimas. Lo que debemos entender primero es que todos los pigmentos son moléculas químicas compuestas por electrones, y son estos los que permiten captar la luz. Estas moléculas se encuentran dispuestas en dos sistemas: el fotosistema I (PSI) y el fotosistema II (PSII). El PSI, además de enzimas y otros pigmentos, posee en su centro dos moléculas de clorofila, denominados par especial P700, porque están especializados en absorber luz de longitud de onda de 700 nanómetros (nm). En el PSII, está el par especial P680, que absorbe la luz de 680 nm.

La transformación de la energía

La energía luminosa, en forma de ondas, es captada por el PSII y descompone las moléculas de agua en 2 electrones, 2 iones de hidrógeno (H+) y 1 átomo de oxígeno. Los electrones de los pigmentos estimulados por la luz están muy excitados (con mucha energía) así que para ser transportados necesitan una molécula especial. Una de estas moléculas transportadoras es el NADP+ y aunque su nombre pueda ser complicado (fosfato de dinucleótido de adenina y nicotinamida) su función es bastante simple: acepta y retiene dos electrones de de alta energía junto con un hidrogenión H+. De esta manera, el NADP+ se transforma en NADPH y aquí tenemos ya una de las formas en las que la energía del Sol se convierte en energía química.

Además, como los H+ no pueden ir libremente de un lado a otro, una enzima denominada ATP sintetasa, ubicada en la membrana tilacoidal, ayuda a transportarlos. Cuando los H+ pasan a través de la ATP sintetasa, esta gira como una turbina y conecta a una molécula de ADP (adenosina difosfato) a un grupo fosfato y produce ATP (adenosina trifosfato). Y, el ATP, es la moneda de recambio energético más famosa de la célula. Dicho de otra forma, es energía en forma de molécula química.  Y así, esta energía, ATP y NADPH, viaja al PSI y también al interior del tilacoide, en dónde es necesaria para las reacciones de la fase oscura.

Comer y respirar

No creas que todo termina ahí, cuando la planta tiene listo su alimento debe obtener energía a partir de éste, como todos los organismos. Entonces, la glucosa sale del cloroplasto y se dirige a las mitocondrias. En ellas se produce un proceso llamado respiración celular. La respiración degrada las moléculas de azúcar, como la glucosa, en presencia de oxígeno y libera ATP. La energía almacenada en forma de ATP es utilizada por la célula para cumplir el resto de sus funciones.

Como verás, la fotosíntesis es una danza perfecta de energía transformándose y moviéndose de un lado a otro. El espectáculo se da de forma muy sutil en la naturaleza. Pero, es la razón por la cuál todos los organismos fotosintéticos nos proporcionan oxígeno y alimento y hacen posible que habitemos esta roca gigante.